斜沟煤矿大采高超长工作面片帮治理探讨

2021-08-14赵凯明

江西煤炭科技 2021年3期

赵凯明

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿，山西兴县 033602）

一般将采煤机割煤高度大于3.5 m 的综合机械化开采称为大采高综采工作面。与常规的普通采高相比，大采高工作面存在的问题之一是煤壁片帮严重，端面顶煤稳定性差，在发生片帮的同时一般伴有顶煤的局部冒漏或者大范围的冒顶，对大型矿井的高产高效高安全生产造成了严重的影响。随着工作面倾斜长度的增加，煤壁的自由面积加大，超前应力的影响范围更大，端面顶煤的应力集中程度更高，工作面煤壁片帮状况进一步恶化，对控制技术也提出了更高的要求[1-3]。

1 工作面概况

山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟矿18112工作面位于+700 水平，11 采区南翼，所采煤层为8号煤，地面为中低山区，起伏较大，盖山厚度为44～268 m。工作面顶底板情况综合柱状图见图1。

图1 18112 工作面顶底板岩性综合柱状图

工作面两巷掘进过程中揭露有多个断层等地质构造，其中落差最大的为4.3 m，可能对回采造成较大影响。

18112 工作面长度294 m，推进长度3 797 m。采煤方法为走向长壁综合机械化开采，一次采全高，平均采高5.75 m，顶板管理方式为全部垮落法。采用“四六”制作业，乙班检修、准备，甲、丙、丁三班生产。每天六个循环，进尺4.5 m。支架中心距1.75 m，初撑力为6 421 kN，工作阻力8 000 kN，支护强度为0.98～1.01 MPa。工作面主要设备见表1。

表1 18112 工作面主要设备

2 片帮分析

2.1 片帮特点

为掌握大采高超长工作面的片帮规律及特点，为片帮治理提供资料，在18112 工作面进行了4 个周期来压、工作面推进约70 m 的矿压观测。每天乙班由技术科人员对工作面煤壁片帮的位置、大小、形状等进行记录。观测期内共观测到片帮96 次，统计结果见表2、表3。

表2 片帮位置及范围统计

表3 片帮深度及高度统计

由观测统计结果可以看出：

（1）18112 工作面片帮位置以中上部（距底2.0 m以上）为主，其中上部片帮次数最多，占比为43.8%，片帮的主要形式为剪切滑落式和拉裂式，并以滑落式为主，见图2。

图2 18112 工作面片帮的主要形式

（2）片帮范围集中在一个支架宽度上，占比64.6%，大于两个支架宽度的片帮次数较少，共观测记录到6 次。

（3）绝大多数的片帮的深度小于0.6 m，高度小于2 m，在断层面附近时发生了严重的片帮（冒顶），底板以上3.2 m 煤壁发生片帮，并且深入到端面顶板0.8 m，最大片帮深度达到1.2 m。

2.2 原因分析

（1）煤层赋存条件

18112 工作面所采的8 号煤为煤矸互层煤层，结构复杂，中上部含有一层稳定的夹矸，厚度0.05～0.33 m，平均厚度0.20 m，部分地段下部有一层0.05～0.20 m 的夹矸。夹矸的存在破坏了煤层的整体性，在无支护条件下容易发生失稳。

（2）工作面长度

18112 工作面长度为294 m，长度较大，整个工作面煤壁的自由面积超过1 000 m2，容易失稳。同时超长的工作面导致超前支承压力影响范围大，在煤岩交界处形成应力集中，造成片帮甚至冒顶。

（3）工作面采高

工作面采高增大，顶板压力大，另外采高增大造成煤壁的重心偏高，在来压期间如果护帮板没有及时支护则容易造成片帮。

（4）地质构造

18112 作面两巷掘进中揭露的断层落差最大达到4.3 m，工作面推至断层附近时，受采动影响，断层面发生活化，上下两盘发生较大范围的错位滑移，另受断层影响，煤壁的承载能力降低也是导致片帮频发的重要因素。

3 片帮治理技术

3.1 工作面注浆

确保浆液的流动性好，可以填充煤岩中的节理和裂隙，从而提高其整体性和稳定性。但由于浆液的成本较高，因此只有在过断层等地质构造区域、片帮严重时才对工作面煤壁注浆加固。

由于煤层采高大，因此注浆孔采用五花布置的方式，钻孔布置见图3。钻孔直径为32 mm，深度为15 m，靠近顶板的一排钻孔向上倾斜角度10°，终孔深入到顶板围岩中。

图3 注浆钻孔布置（单位/m）

3.2 煤层超前注水

注水可以使煤粒吸附凝聚的水分子达到饱和，在煤粒之间形成黏结层，减小煤壁的片帮。因此，从工作面前方10 m 开始，在18112 工作面运输巷和运料巷中布置垂直于煤层的顺层钻孔向煤层深部注水，钻孔倾角与煤层倾斜一致，开孔位置距巷道底板1.5 m，孔间距为3 m，钻孔深度为150 m，注水钻孔布置见图4。